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碳达峰、碳中和目前是能源行业的焦点话题,引发了相关各方的广泛讨论。澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科认为,目前业内外对于碳减排还存在几大误区,并在接受记者采访时发表了他的看法。
新能源成本较长时期内仍将高于化石能源发电
“首先要有量的概念。”刘科表示,我国每年约排放103亿吨二氧化碳,人均排放7.4吨。以一个三口之家来算,年均排放量约22亿吨。“现有减排手段或多或少有所贡献,但面对海量排放,单一手段均存在一定局限。”
刘科认为,大力发展风、光等可再生能源十分关键,但其在短期内尚无法取代化石能源。
“常有人说,光伏发电、风电已经比煤电便宜了。这句话没错,但在当前情况下,我认为只说对了1/6-1/5。光伏发电、风电年发电小时数各地不同,平均下来分别在1700小时、2000小时。对比全年8760小时,其他4/5左右的时间段需配套储能才行。一旦大规模储电,总成本远高于煤电。”刘科表示,近年来,我国光伏发电、风电增量巨大,截至去年总发电量折合约1.92亿吨标准煤,相比耗煤量22亿吨标准煤的煤电仍是杯水车薪。
此外,若有超过15%的非稳定能源接入,电网即面临大规模停电等风险。“电网靠电池储电的概念非常危险。据估算,全世界未来5年多的电池产能,仅能满足东京全市停电3天的电能需求。”刘科称。
那么,何时能够依靠储能?“人们总以为有个魔术般的大规模储电技术。事实上,迄今为止唯一能够达到吉瓦级、最便宜的大规模储电设施仍是古老的抽水蓄能电站。”刘科称,经过100多年研发,电池能量密度仍未取得革命性改变。以1859年发明的铅酸电池为例,其能量密度仅从最初90kWh/m3提升至当前最高260kWh/m3。手机、电脑、电动汽车等小规模应用尚可,面对一个大型风电场、一座大型光伏电站,储电成本依然居高不下。“一储一放,成本就达到火电的2-3倍。抽水蓄能电站虽然经济可行,却受到地理位置等约束。在今后较长时间内,风、光等新能源成本仍将高于化石能源发电。”
二氧化碳收集、转化等工艺流程会消耗更多能源
除了源头减碳,部分观点认为,二氧化碳捕集封存、制备化学品等“尾部”减排方式也是利器。在刘科看来,这些方式尽管能够减碳,但是仍然存在难以规模化发展的问题。
刘科提出,把生产过程排放的二氧化碳进行捕获提纯,再投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存,理论上能够实现大规模减排,但面临着高成本难题,且无法实现彻底固碳。封存后的二氧化碳,在一定程度上仍会释放出来,且自然界的二氧化碳捕集难度更大。
“碳中和不光是一项技术难题,更是经济和社会发展平衡的综合性问题。”刘科表示,在现有条件下,二氧化碳最有价值的用途是驱油。未来20年,驱油消耗的二氧化碳量预计有60万吨。“除此之外,有些企业在积极尝试二氧化碳制备化学品。我们要看到,全世界约87%的石油都被烧掉了,仅仅13%的石油就生产了我们需要的所有化学品。这些二氧化碳即使全部转化为化学品,也只能解决13%的石油燃烧排放问题。由于二氧化碳分子非常稳定,收集、转化等工艺流程反而消耗更多能源,减碳贡献相当有限。”
刘科还称,提高能效能够显著降低工业流程排放,是目前成本最低、最应优先推广的减碳手段,但实际效果却受到制约。“过去20年,我国整体能效明显提高,二氧化碳排放量却不降反升。这是为何?事实上,只要继续使用化石能源,该方式对碳中和的贡献也是非常有限的。不同方式到底能够减多少碳、经济成本有多少,这是亟需弄清楚的问题。”
当前大规模使用电动汽车并不能减少碳排放
刘科认为,对于电动汽车的认识也存在误区。“把燃油车改为电动车就能降低排放,这句话是有前提的。只有电网里的电能大部分来自可再生能源发电,电动车才算得上是清洁能源车,否则大量使用电动车不是减少而是增加了碳排放。”
燃油车未被取代的原因不止于此。早在100年前,二者之争已经开始,电动车为何迟迟未能“战胜”燃油车?刘科认为,主要原因在于电池能量密度、电池回收技术、电动车制造成本等。
“一方面,电池能量密度虽在增加,相比液体燃料依然相差数倍。液体燃料还有便于运输等优势,陆路、海运方便又便宜,已建成的汽柴油加注设施遍布各地。这也是为何全世界产油国数量有限,燃油车却能遍布全球。另一方面,电动车自身面临现实难题。生产一台内燃机很贵,一旦研发定型,流水线生产的成本呈几何级下降。但制造电池所需的材料不但昂贵,其中的镍、钴、镉等重金属还易带来环境污染。”刘科说,我国电动汽车产量由2016年的51.7万辆升至2018年第一季度的79.4万辆,仅28万辆的增量,期间钴价翻了4倍、锂价翻了1倍。“近期类似情况再次出现。若按当前的贵金属价格,除非提高车辆售价,否则没有一家电动车厂可以挣钱。哪怕在金属价格持续攀升的基础上,仍无一家公司可以靠回收电池赚钱,说明电池回收利用问题也未从根本上解决。电动车产业值得鼓励和发展,但在这些问题上还需要谨慎一些。”
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